Органические материалы

Радиационная стойкость конденсаторов зависит от применяемых материалов и технологии изготовления. Как показывает практика, органические диэлектрики почти на порядок более чувствительны к радиоактивным излучениям, чем неорганические.

Вследствие разнообразия состава и структуры твердых диэлектриков, применяемых в электрических аппаратах высокого напряжения, а также из-за сложности процессов, в настоящее время стройной теории пробоя твердых диэлектриков (условия самостоятельности разряда) как для газов не разработано. Тем не менее установлен ряд теоретических и экспериментальных закономерностей, которые используются при создании изоляционных конструкций. В качестве элементов твердой изоляции электрических аппаратов широко используются органические диэлектрики. В результате длительного воздействия электрического поля происходит электрическое старение изоляции, которое для органических диэлектриков преимущественно определяется частичными разрядами (ЧР) в неоднородностях (например, газовых включениях) в толще изоляции. Под действием ЧР изоляция разрушается

• Особого внимания заслуживает поведение материалов при длительном воздействии повышенной температуры, способной вызвать в материале необратимые изменения — старение, сопровождающееся ухудшением свойств изоляции. Органические диэлектрики, как правило, сильней подвержены тепловому старению, чем неорганические. В разных веществах при разных температурах интенсивность термоокислительной деструкции, являющейся основным механизмом теплового старения, протекает по-разному. В первой стадии теплового старения за счет удаления остатков влаги и растворителей, улетучивания некоторых низкомолекулярных составных частей и других процессов электрические свойства твердых диэлектриков могут даже улучшаться без существенного снижения механических свойств. В дальнейшем термоокислительная деструкция, сопровождающаяся в органических диэлектриках выделением разных про-

Гигроскопичность диэлектриков зависит от их структуры и состава. Неполярные органические диэлектрики, например парафин, полиэтилен, полипропилен, обладают очень малой гигроскопичностью, почти не поглощают влаги из воздуха и даже при длительном пребывании во влажной среде сохраняют хорошие диэлектрические свойства. Полярные диэлектрики обладают обычно большей гигроскопичностью, причем закрепление полярных молекул воды около полярных групп молекул диэлектрика замедляет поглощение влаги и равновесное состояние (предельное влагопоглоще-ние) наступает в них за большее время, чем у неполярных. Некоторые вещества, поглощая влагу, образуют с ней твердый коллоидный раствор — набухают. У таких диэлектриков (например, целлюлозные материалы) влагопоглощение может быть очень большим и вызывать сильное ухудшение электрических параметров. Наличие в диэлектриках водорастворимых составных частей и солей повышает их гигроскопичность. Многие неорганические диэлектрики, обладающие плотной структурой, например стекло, непористая керамика, практически не обнаруживают объемного поглощения воды. Проникновение влаги в диэлектрик может происходить через имеющиеся в нем поры. По своему характеру пористость может быть открытой в виде каверн на поверхности; закрытой — в виде внутренних воздушных пустот, не сообщающихся с окружающей средой; сквозной — в виде каналов, пронизывающих диэлектрик насквозь. Наибольшее влияние на электрические параметры оказывает влага, попадающая в сквозные поры. Конденсируясь на их стенках, вода образует сплошные пленки повышенной проводимости. Имеют значение и размеры пор, которые могут быть разными: от макроскопических до субмикроскопических размером (5—10)-10~8 см.

Полярные органические диэлектрики обнаруживают, как указывалось ранее, дипольно-релаксационную поляризацию в твердом состоянии. К таким диэлектрикам относятся целлюлоза и продукты ее переработки, полярные полимеры. Дипольно-релаксационная поляризация наблюдается также у льда. Диэлектрическая проницаемость указанных материалов в большой степени зависит от температуры и от частоты приложенного напряжения, подчиняясь тем же закономерностям, какие наблюдаются для полярных жидкостей.

Явление теплового пробоя сводится к разогреву материала в электрическом поле до температур, соответствующих расплавлению и обугливанию. Электрическая прочность при тепловом пробое язляется характеристикой не только материала, но и изделия из него, тогда как электрическая прочность при электрическом пробое служит характеристикой самого материала. Пробивное напряжение, обусловленное нагревом диэлектрика, связано с частотой напряжения, условиями охлаждения, температурой окружающей среды. Кроме того, «электротепловое» пробивное напряжение зависит от нагревостойкости материала; органические диэлектрики (например, полистирол) имеют более низкие значения «электротепловых» пробивных напряжений, чем неорганические (кварц, керамика), при прочих равных условиях вследствие их малой нагревостойкости.

В качестве примера в табл. 5-2 приведены средние ТК / некоторых электроизоляционных материалов при температуре 20—100 °С. Как видно из табл. 5-2, органические диэлектрики имеют резко повышенные ТК / по сравнению с неорганическими диэлектриками. Поэтому детали, изготовленные из неорганических материалов, имеют улучшенную стабильность размеров при колебаниях температуры.

Аморфные органические диэлектрики (смолы, битумы, каучук) имеют довольно значительную электропроводность, обусловленную примесями, склонными к ионной диссоциации. Особенно сильно увеличивает электропроводность примесь воды, поэтому гигроскопичные вещества имеют обычно высокую электропроводность.

Органические диэлектрики

Полимерные органические диэлектрики

Полимерные органические диэлектрики 312 Полосно-пропускающий фильтр 59 Полупроводники 326

ганические пленки (окислы, нитриды, фториды), металлофосфаты, электроизоляционный бетон. Особенности неорганических диэлектриков - негорючи (как правило), свето-, озоно- термостойки, имеют сложную технологию изготовления. Старение на переменном напряжении практически отсутствует, склонны к старению на постоянном напряжении. Органические диэлектрики: полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани. Особенности органических диэлектриков - горючи (в основном), малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям, имеют (в основном) простую технологию изготовления, как правило, более дешевы по сравнению с неорганическими диэлектриками. Старение на постоянном напряжении практически отсутствует, на переменном напряжении стареют за счет частичных разрядов, дендритов и водных триингов.

Многие органические материалы нашли широкое применение в электротехнике, так как вместе с удовлетворительными электроизоляционными свойствами имеют хорошие механические и технологические качества, в том числе гибкость, эластичность, возможность изготовления и применения в виде волокон, лент, пленок и изделий других разнообразных форм. Однако их применение ограничено из-за относительно низкой теплостойкости.

Для определения нагревостойкости органические материалы и конструкции могут быть подвергнуты ускоренным испытаниям, при которых основным разрушающим фактором является воздействие повышенной температуры. Эти испытания часто называют тепловым старением материала. Методика испытаний заключается в измерении важнейших электрофизических характеристик материала при воздействии на него повышенной температуры. Такими характеристиками могут быть изменение массы, механической .прочности, эластичности, электрических параметров и др.

в условиях доступа кислорода воздуха. Чем короче длина волны, т. е. чем больше энергия кванта излучения, тем более сильное действие оказывает солнечная радиация на материалы. Ультрафиолетовые лучи сильно разрушают многие органические материалы, вызывая снижение механической прочности и эластичности, образование трещин, отставание лаковых пленок от подложки и т. д. Важно отметить, что в ряде случаев действие световых и ультрафиолетовых лучей на органические материалы по характеру напоминает окислительное старение, и в частности старение при воздействии озона. Часто в эксплуатации электрической изоляции эти воздействия возникают одновременно.

Механизм взаимодействия зависит от характера материала (органический, неорганический) и его способности поглощать (сорбировать) влагу или удерживать ее на поверхности (адсорбировать). Поглощение влаги обусловлено тем, что материалы содержат поры, значительно большие размера молекулы влаги, равного 3-10~10м (межмолекулярные промежутки в полимерах—10 9 м, капилляры в целлюлозе--10"* м, поры в керамике 10" 5 м). Органические материалы поглощают влагу через капилляры или путем диффузии. Неорганические взаимодействуют с влагой, конденсирующейся или адсорбируемой на поверхности. С металлами влага вступает в химическое взаимодействие, вызывающее коррозию; она также может проникать через поры и капилляры. Действие влаги усиливается при контакте металлов с сильно отличающимися электрохимическими потенциалами, а также в местах сварных швов, содержащих интерметаллические соединения.

шиться. В некоторых тропических района водятся термиты, которые, попадая в радиоэлектронную аппаратуру, поедают древесину, пластмассы с древесным наполнителем и некоторые другие органические материалы.

Наиболее чувствительны к высоким температурам органические материалы, такие, как бумага, шелк, которые применяют либо непропитанными в лаках (класс изоляции У), либо, что значительно чаще, пропитанными (класс А).

Синтетические органические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды и др.)

Е 120 Синтетические органические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды и др.)

Е 120 393 Синтетические органические материалы (пленки, волокна, Смолы, ком-паунды и др.) и т. п.

Материалы керамических корпусов. Все сырьевые материалы, обеспечивающие формообразование и химико-минералогическую структуру керамических деталей, а также метал-лизационных покрытий, используемых в производстве керамических корпусов, можно разделить на три основные группы: минеральные и металлические порошки, сплавы, припои; минеральные неорганические сырьевые материалы; органические материалы.

При оценке вибропоглощающих и частотоизменяющих свойств защитного слоя в интервале рабочих температур необходимо учесть характер изменения модуля упругости материала защитного слоя. Органические материалы, используемые для защитных слоев, значительно повышают модуль упругости при охлаждении, поэтому область отрицательных температур в этом отношении не является опасной. В области положительных температур модуль упругости органических материалов снижается, но остается, как показывает практика, в пределах до 0,2 Е0. Следовательно, оговоренное ранее условие не нарушается.